可溶性大豆多糖对大豆脲酶诱导碳酸钙沉积固化风积沙效果的影响研究

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积用于固化沙漠风积沙具有潜在价值,为提升固化的均匀性及效果,在提取的大豆脲酶溶液中加入可溶性大豆多糖(SSPS)用于诱导碳酸钙沉积反应过程。首先,在液体环境下分析了SSPS对大豆脲酶溶液特性及反应生成碳酸钙的影响,随后土体环境中采用单相灌注法固化风积沙,测试了胶结试样的无侧限抗压强度和三轴固结不排水剪切特性,并结合SEM探究了固化机理。结果表明:SSPS的添加量为1,3g/L时虽轻微抑制脲酶活性,但几乎不影响溶液黏度,且更利于液体环境下生成方解石晶体,同时土体环境中提升了固化风积沙的强度以及改善了单相灌注固化的均匀性,其中3 g/L添加量时效果更佳。SEM观察分析显示,添加SSPS后,液体环境下生成了尺寸更大且更紧密的碳酸钙晶体,土体环境中更多更紧密的碳酸钙晶体分布在沙颗粒间接触点处,从而增强了胶结作用效果。

仿生岩土技术的研究进展

岩土体中生存的生物使用独特的生物机制与岩土体相互作用,以完成土中运动、生长、锚固和吸收养分等功能。这些生物机制可被岩土工程借鉴和利用。仿生岩土是从形态、行为和原理上研究生物机制,将其用于发展岩土工程理论、技术和装备,用来解决岩土工程问题的新方向。近年来,仿生岩土技术逐渐成为了岩土工程界的一个引人注意的课题,并取得了一些进展。首先,介绍了仿生岩土技术的设计思路和过程以及主要研究方法。然后,总结并分析了不同生物机制在土中贯入与掘进、土与结构相互作用接触面和土中锚固系统等方面的研究现状和进展,其中典型的生物机制包括生物土中运动、蛇腹鳞摩擦各向异性和树木根系结构等。最后探讨了仿生岩土技术所面临的挑战和未来展望。

陆地地质环境微塑料污染研究现状与展望

陆地地质环境中的微塑料污染日渐广泛和严重,受到科学界的广泛关注,但研究尚处于起步阶段。对近5年微塑料研究的国际文献进行了综述,从来源与组成、迁移和环境影响3个方面进行了梳理和总结,并提出了下一步研究建议。近期研究发现陆地地质环境中的微塑料主要来源于垃圾填埋场、农业面源污染、污水处理系统和交通运输系统,不同来源的微塑料存在显著差异,具有时空变异性。微塑料会随土体人为扰动、土内生物活动在土体内迁移,还可能渗入地下水并借助渗流迁移,或悬浮到大气中并借助风力迁移,颗粒越小越容易迁移。微塑料使土体黏聚力增加、孔隙率降低、孔隙尺度减小、空气循环减少、保水能力提高,微塑料中强水溶性添加剂的渗出会造成地质体次生污染。微塑料对植物生长、动物消化、微生物活性存在不利影响,会诱发人类能量和脂质代谢紊乱、氧化应激和呼吸系统疾病。微塑料污染地质体修复仍处于起步阶段,仅在少量室内试验中发现了微生物降解和生物修复的效果。综上,微塑料污染广泛存在,且对生物和人类健康带来诸多不利影响。面向未来,尚需探明微塑料对陆地生态系统中营养传输的影响、微塑料添加剂在地质体中的迁移和降解规律,研发更高效便捷的微塑料定量检测方法,制定全球统一的测试和评价标准,将微塑料检测列入污染土检测项目,研发高效的微塑料污染地质体修复方法。

植物脲酶诱导碳酸盐沉淀改良土体研究进展

酶诱导碳酸盐沉淀(EICP)改良土体是岩土工程领域的新兴热点技术,全面总结梳理EICP改良土体的研究现状,优选关键技术参数,并对EICP的未来发展提出了展望。建议制定植物脲酶促沉碳酸钙改良土体方法标准,对植物脲酶的保存方法、EICP改良土体在特殊环境条件下的长期性能开展研究。研究结果表明:EICP能够显著提高土体的性能,无侧限抗压强度最高可达3 MPa,抗风蚀能力可达29.1 m·s^(-1),表面贯入强度可达1.065 MPa,渗透系数降低率可达98.2%,重金属离子质量分数降低率可达99.96%。

微生物岩土技术的研究进展

岩土体中存在着大量的微生物,这些微生物的活动对岩土体的物理、力学性质有一定的影响。微生物岩土技术,是将微生物反应加以控制和利用,来解决岩土工程中的问题。在近十年里,微生物岩土技术逐渐成为岩土工程研究界的一个热门课题,并取得了很大的进展。从原理和应用两个角度对这一领域的研究进行归类和分析。从微生物反应原理的角度来说,微生物岩土技术所利用的微生物过程包括微生物矿化作用,微生物产气泡过程,以及微生物膜生长过程等。从实际应用的角度来说,微生物岩土技术的应用领域包括岩土体加固、防渗,砂土液化防治,土体抗侵蚀,污染土治理等。此外,还对微生物岩土技术的实施方法特点,监测和检测技术,以及环境影响进行了介绍。

生物固土用于防风固沙的研究进展

文章对近年来基于生物固土技术的防风固沙研究进行了回顾和分析。常用于防风固沙的生物过程包括基于微生物或酶诱导碳酸钙沉积(MICP或EICP)的矿化固土技术,加入黄原胶等生物高聚物作为辅助剂,可获得更好的固土效果。土壤风蚀过程中,除了风力本身,风携带的跃移颗粒对土的撞击,也是侵蚀破坏的重要因素,这在生物固化土风蚀试验中体现明显。生物固化防风固沙的处理过程简单易行,以尿素和钙盐作为处理材料,用细菌或脲酶作为催化诱导媒介,对土体进行单遍喷洒处理即可获得很好的抗风效果。室内抗风试验中,将风蚀速率与临界起动风速两个指标结合是较为合理的评估方法。在室内和现场条件下,表面贯入强度测试可用来快速测定处理效果和抗风性能。目前的现场试验研究表明,生物固化土中植物可以生长,但是极端条件下生长受限。为了将该方法推向实用,需要从多重侵蚀因子作用下的抗风力侵蚀能力、生态恢复能力和现场施工技术等方面进一步研究探索。

废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土强度特性试验研究

废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土(RST轻质土)是一种由原料土、废弃轮胎橡胶颗粒、水泥和水混合而成的新型轻质填筑材料。它不仅可以减小资源浪费和环境污染,还具有轻质高强的优点,可以改善填土的工程性质。为了研究其抗剪强度特性,对不同配合比的废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土,进行常规三轴固结不排水剪切试验,得出了固结不排水剪破坏形态及应力应变曲线、孔压应变曲线形态。结果表明随着橡胶颗粒含量的增加,RST轻质土的应力应变曲线从软化型向硬化型过渡。试验还得出了材料配比对固结不排水剪切试验下RST轻质土的抗剪强度、抗剪强度指标及孔隙水压力系数的影响规律,并从强度机理和土体骨架结构的角度分别解释了材料配比影响抗剪强度指标和孔隙水压力系数的原因,结果表明RST轻质土的强度可以用灰土比进行线性拟合。研究成果可作为进一步研究这种新材料本构关系的依据。

低温条件下微生物诱导碳酸钙沉积加固土体的试验研究

微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)加固土体是近年来受到学术界重视的问题,但是对实际土壤温度下MICP加固土体的可行性及效果研究未见报道。利用尿素水解菌ATCC 11859,进行了微生物诱导碳酸钙沉积的试管试验及一维砂柱试验,研究了不同温度下微生物诱导生成碳酸钙的特性及对土体的加固效果。试管试验表明温度越高生成的碳酸钙越多,在不同温度下微生物诱导生成的碳酸钙晶型无显著差异,但是温度对碳酸钙的生成速率有明显影响。一维加固试验表明MICP在一般土壤温度条件下都能够有效地加固土体,但低温下MICP加固的试样强度较低,渗透系数较高。

微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究

利用尿素水解菌ATCC 11859,开展了不同胶结液浓度下MICP压力灌浆加固有机质黏土的研究试验。通过试验前后试样的无侧限抗压强度、CaCO_3含量、渗透系数、有机质含量以及灌浆过程中流出液Ca^(2+)与NH_4^+浓度的变化,综合评价了MICP压力灌浆加固有机质黏土的效果。结果表明:MICP压力灌浆加固有机质黏土是有效的,处理后试样有机质含量可降低1%～4%,无侧限抗压强度提高可达370%,渗透系数可降低约1个数量级;在本试验的菌液活性(即每分钟水解尿素的量为9.68毫摩尔每升)及浓度(约108 cell/mL)下,胶结液浓度对处理效果有明显影响,提高0.25M胶结液中的urea浓度,可显著提高处理后土体的无侧限抗压强度。

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积与黄原胶联合防风固沙室内试验研究

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术(SICP)是一种新型环保生物加固土体技术,黄原胶是一种新型环境友好型土体改良材料,将大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术与黄原胶相结合,对前者进行优化改进。通过表面强度试验发现,黄原胶能提高SICP固土所得表面强度,且表面强度随着大豆脲酶胶结液浓度和黄原胶浓度上升而上升。通过风沙吹蚀试验,测定试样在不同强度不含沙风蚀和含沙风蚀下的质量损失率并观测表面硬壳破损情况,发现仅用SICP技术处理的试样具有较好的抵抗风沙侵蚀能力,黄原胶的加入进一步优化了其抵抗能力,降低了试样质量损失率,且表面硬壳层保存更加完好。此外,试验考虑风夹带沙侵蚀作用,由于沙颗粒的冲击和磨蚀,含沙风蚀破坏作用强于净风吹蚀,处理所得强度最低的试样在15 m/s不含沙风蚀1 h工况下,质量损失率仅为3.8%,而在同等含沙风蚀工况下,质量损失率达66.7%,说明考虑风沙吹蚀是必要的。同时发现,经过处理的土体,其抗风能力和表面强度之间有较强的正相关性。通过SEM扫描电镜试验观察其微观结构,发现胶体的包裹黏结和持续硬化,可能使得碳酸钙与土颗粒之间的胶结更为紧密。

废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土无侧限抗压强度试验

为了研究以废弃轮胎橡胶颗粒作为轻质材料的拌合轻质混合土的配比和强度的关系,通过室内土工试验,分析了橡胶颗粒含量、水泥含量、含水量和养护龄期对该混合土的无侧限抗压强度的影响以及橡胶颗粒含量、水泥含量对其应力—应变曲线形态的影响。得到了试样强度和变形随混合土配合比变化的规律。试验表明,在一定范围内改变这种混合土的配合比,可以调节混合土的强度和和易性,使其满足工程应用的需要,为下一步研究这种新型材料的本构关系和轻量性奠定基础。

利用微生物技术改良泥炭土工程性质试验研究

提出利用微生物技术制备原生菌高浓度菌液,用来加快土中有机质分解速率,实现在较短时间内显著降低有机质含量、改善土的工程性质的目的。为验证其可行性,从昆明市2个场地采取了泥炭土样,研发了2套模型装置,分别模拟厌氧、好氧环境下泥炭土有机质分解过程,并测试分析了分解后泥炭土的烧失量、界限含水率及一维固结蠕变特性。试验结果表明:厌氧环境下,菌液浸泡的泥炭土生物气产量比纯水浸泡的有大幅度提高,其产气动力学特征符合修正Gompertz模型。好氧环境下,分解30d左右时,2个场地泥炭土烧失量分别减少了10.3%和15.6%,减少量比厌氧环境下的大。界限含水率试验表明,泥炭土液限随微生物分解反应时间的增长有所降低,而塑限变化幅度不大。一维固结蠕变试验表明,有机质分解后的泥炭土次固结系数下降,分解时间越长,次固结系数下降越显著。对新技术的特点进行了分析,并对其理论及应用研究进行了展望;该技术有望发展为一项生态友好型的泥炭土地基新型处理方法,改良泥炭土有望成为微生物岩土技术一个潜在应用领域。

单轴压力下RST轻质土变形特性及其细观机理分析

通过无侧限抗压强度试验和细观试验,研究了废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土(RST轻质土)在单轴压力作用下的变形特性及其细观成因,得到了应力-应变曲线与材料配合比的关系以及有代表性的细观图片.无侧限抗压强度试验结果表明:RST轻质土的应力-应变曲线为软化型,可以被概括为压密、弹性变形、塑性变形、软化4个特征阶段.细观试验结果表明:在处于加载初期的压密阶段,最先发生变化的是试样内部的孔洞,这些孔洞在外荷的作用下有闭合的趋势,但不会完全消失;由外荷造成的裂缝的出现标志着塑性变形阶段的开始,外荷引发的裂缝最初会从试样内部原有的孔洞以及橡胶颗粒和水泥土的结合面上开展.试验结果还表明,土体的宏观现象是其细观结构变化的体现,废弃轮胎橡胶颗粒轻质混合土的细观孔隙裂缝发展情况可以解释其宏观应力-应变曲线的形态特征.

平面SH波作用下部分充填圆弧形沉积谷的二维土层和地形放大效应

场地效应通常包含土层放大效应和地形放大效应,为了揭示二者的相对贡献,本文构造了平面SH波作用下部分充填沉积谷的解析模型,借助于区域分解策略,在波函数展开法的框架下,提出了超定方程组解法,得到了部分充填圆弧形沉积谷对平面SH波散射的波函数级数解,而且级数解的收敛测试表明了超定方程组解法的必要性.通过与文献结果进行对比,验证了本文方法的正确性.通过调整解析模型中两个子区域内的材料参数,计算了沉积谷引起的场地放大效应和相应的空河谷引起的地形放大效应.对二维土层与地形效应进行对比分析,结果显示,在沉积谷内二维土层放大效应通常强于地形放大效应,而地形放大效应决定了沉积谷外的地面运动放大形态.针对最大地面运动,进行了沉积谷和相应空河谷的参数分析,进一步描述了二维土层放大效应,研究结果表明二维土层放大效应引起的最大地面运动通常远远大于地形放大效应引起的最大地面运动,并且二维土层效应通常随着土层与基岩的阻抗比的增大而增大,但不是一维土层放大效应与二维地形放大效应的简单线性叠加.

减饱和松砂静态液化的水-气两相流耦合分析

减饱和法是一种通过减小饱和砂土地基中的饱和度,提高地基抗液化强度的新方法。基于水-气两相流反应与土体骨架变形的耦合模拟方法,建立了单调加载条件下减饱和砂土静态液化的数值分析模型。开展了减饱和松砂的三轴不排水试验数值模拟研究,与室内试验结果对比,发现两相流模型能够准确描述减饱和砂土加载过程中的应力-应变关系、应力路径及孔隙水压力增长规律,验证了两相流模拟方法的正确性。数值分析结果还表明,加载过程中减饱和松砂中的饱和度会增加,直至达到一个稳定值,当围压一定时,减饱和松砂加载结束时的饱和度与初始饱和度呈线性关系;且砂土中气体会在荷载作用下被压缩,使得减饱和砂土在不排水条件下发生剪缩。计算发现,当砂土饱和度从100%减小到94.5%时,孔隙水压力系数B值会减小约80%,最大孔隙压力值会降低40%~50%,不排水剪切强度提高2.0~2.5倍,残余强度会提升10倍以上,由此可知,此为减饱和法抗液化的主要机制,而基质吸力不是减饱和法提高砂土抗剪强度的主要原因。

大豆脲酶诱导碳酸钙沉积技术的防风固沙试验研究

脲酶诱导碳酸钙沉积是一种新型的土体加固技术,该技术通过脲酶催化尿素水解,生成碳酸钙晶体,起到充填、胶结岩土材料的作用,本研究将该技术用于风积沙的表面固化,通过室内试验研究其效果和机理.脲酶从大豆中提取,与等量的氯化钙和尿素溶液混合后喷洒于试样表面,在试样表面形成薄层硬壳.通过测试试样的表面强度、风蚀率、保水性、渗透性和碳酸钙生成量,检验该技术的防风固沙效果.结果表明,经碳酸钙胶结形成的表层硬壳可以达到兆帕级强度,试样保水性较未处理试样提高了60%,风蚀率和渗透速率显著降低,生成碳酸钙含量约为0.6%.通过与仅喷洒盐溶液和仅喷洒酶液的试样对比,表明盐分和酶都具有一定的防风固沙效用,但胶结液可以综合两者的作用机理,且生成的碳酸钙使颗粒胶结更为耐久.

土颗粒尺寸对微生物诱导碳酸钙沉积反应速率的影响

为了确定微生物固化土体过程中的反应时间,本文通过测定微生物诱导碳酸钙沉积反应过程中钙离子浓度变化,研究土颗粒存在对反应速率的影响,并与经验计算结果进行了对比分析。结果表明:无土颗粒存在时反应过程中形成的碳酸钙沉积层会在一定程度上降低反应速率,加入土颗粒会充分发挥细菌的胶结能力,显著加快反应速率;在相同试验环境下,反应速率随着单位体积胶结液中颗粒表面积的增大而增大,但当颗粒粒径减小到一定程度时,堵塞效应会使反应速率有所降低;反应速率经验关系既不能体现反应后期的衰减过程,也不能反映颗粒存在对反应速率的影响。

基于微生物诱导碳酸钙沉积的防风固沙试验研究

为将微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)技术用于风沙土的表面固化,需要对这一过程的影响因素和规律进行探究.利用标准砂模拟风沙土进行相关试验,试验变量包括处理液浓度、细菌浓度、处理液体积和处理温度,从风洞试验、表面强度试验、碳酸钙含量测定三个方面对处理后的试样进行对比评估.结果表明,试样表面由于生成了碳酸钙沉淀而形成了一层硬壳层,赋予试样一定的抗风侵蚀能力.当处理液体积为4 L/m^2,温度为20℃,处理液浓度为0.1 M,细菌浓度OD_(600)=0.6时,MICP加固的试样开始具备良好的抗风侵蚀能力.

大豆脲酶基本特性与粉质砂土的固化研究

为解决粉土和粉质砂土孔隙较小,限制了微生物固化技术处理时的效果这一问题,在原有生物固化技术的基础上进行改良,采用大豆脲酶处理粉质砂土,开展了大豆脲酶基本特性试验、穿透试验以及粉粒质量分数为15%的粉质砂土试样固化处理试验.证明了大豆脲酶相对于尿素水解细菌更容易穿透粉质砂土,且处理效果更为均匀,底部的碳酸钙质量分数可达3%以上.

生物水泥技术应用于液化地基处理的研究进展

土壤中存在大量的微生物,这些微生物的生命活动在一定程度上影响着土体的物理力学性质,而生物水泥技术就是利用这些微生物的矿化过程来解决岩土问题。为探究生物水泥技术处理液化地基的应用前景,对近年来众多学者的研究进行了归纳和总结,发现采用该技术处理后的试样渗透性明显降低,土体强度得到较大提升,抗液化性能也发生明显改善。此外,还对该技术微生物培养过程中各类物质的选择,以及处理方法的选择进行了较为全面的总结,为其他学者进一步研究提供了参考。